中小橋梁加固技術(shù)探討

黃潮偉

（潮州市潮安區(qū)公路事務(wù)中心，廣東潮州 515638）

0 引言

20世紀(jì)80年代以前建設(shè)的橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)普遍較低，橋梁的承載能力制約著通行車輛的荷載，此類橋梁無(wú)法滿足沿線交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。同時(shí)，公路橋梁由于荷載的作用和材料老化，常發(fā)生各種病害。例如橋面破損、伸縮縫止水帶缺失變形、橋頭跳車、梁板或拱體裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土剝落、墩臺(tái)基底沖空、橋頭路基崩塌、橋底鋪砌嚴(yán)重沖刷等，威脅著橋梁的運(yùn)行安全，大幅縮短橋梁的使用壽命。本文從以下幾部分對(duì)舊橋加固的方法進(jìn)行探討。

1 工程概況

X088線彩塘段改建工程中舊橋改造項(xiàng)目為空心板擴(kuò)大基礎(chǔ)橋梁，位于工程K3+240.5處，經(jīng)檢測(cè)舊橋技術(shù)狀況較好，病害包括幾處蜂窩麻面。為節(jié)約工程造價(jià)和利用原有橋梁，對(duì)舊橋進(jìn)行單側(cè)加寬利用并對(duì)舊橋缺陷進(jìn)行修復(fù)。該橋梁加寬采用同種結(jié)構(gòu)、相同跨徑拓寬改造，橋基開(kāi)挖時(shí)采用鋼板樁對(duì)舊橋基礎(chǔ)進(jìn)行保護(hù)，并增設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土樁提升基礎(chǔ)承載力。施工過(guò)程主要是控制新橋平面、高程和臺(tái)位。

2 中小橋梁建設(shè)的基礎(chǔ)資料

橋梁基礎(chǔ)資料對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)和橋梁改造加固具有重要作用。早在20世紀(jì)80年代，中小橋梁建設(shè)除了荷載等級(jí)低、使用年限短的普遍特點(diǎn)外，還由于當(dāng)時(shí)的制度不完善和施工人員對(duì)中小橋梁基礎(chǔ)資料重要性的認(rèn)識(shí)不足、檔案管理水平不完善，部分舊橋存在地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)資料缺失的情況，導(dǎo)致橋梁管理過(guò)程中地質(zhì)不明、基礎(chǔ)埋深不明、隱蔽構(gòu)件尺寸不明，對(duì)這部分橋梁需要進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘和基礎(chǔ)檢測(cè)，及時(shí)完善基礎(chǔ)資料。

3 中小橋梁病害產(chǎn)生的原因

3.1 中小橋地基不均勻沉降

地基不均勻沉降是引起中小橋梁產(chǎn)生病害的重要原因之一，造成中小橋橋面各部位受力不均勻，輕則導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，重則橋面塌陷或者損毀。通常情況下，地基不均勻沉降由以下幾方面原因造成：（1）工程項(xiàng)目在施工之前勘察與設(shè)計(jì)不合理。一個(gè)項(xiàng)目在開(kāi)始建設(shè)之前，需要對(duì)其所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)地形條件進(jìn)行仔細(xì)的勘察，在此基礎(chǔ)上制定施工組織設(shè)計(jì)方案，這兩項(xiàng)工作是最基礎(chǔ)和最重要的工作，缺一不可。（2）施工過(guò)程不規(guī)范。施工中應(yīng)高度重視每一個(gè)環(huán)節(jié)，如果施工中存在偷工減料、管理不善的情況，都會(huì)在一定程度上為中小橋梁病害的產(chǎn)生埋下隱患。

3.2 混凝土碳化

中小橋梁出現(xiàn)混凝土碳化主要由自然原因造成。由于空氣中的二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成碳酸鈣，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)碳化。已經(jīng)炭化的混凝土中的pH酸堿度會(huì)不斷下降，pH酸堿度過(guò)低的混凝土不僅不能起到保護(hù)鋼筋的作用，還會(huì)加劇鋼筋的腐蝕，大幅縮短橋梁使用壽命，引發(fā)安全事故。

4 橋梁加固前的準(zhǔn)備工作

橋梁加固前需要對(duì)橋梁的使用狀況進(jìn)行全面檢測(cè)，以了解現(xiàn)狀橋梁的技術(shù)狀況、損傷和缺陷，查明目前該橋梁存在缺陷或潛在損傷的部位、性質(zhì)和嚴(yán)重程度，以及病害的發(fā)展趨勢(shì)等，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和施工過(guò)程控制等因素，推斷產(chǎn)生缺陷和損傷的主要原因，以便正確評(píng)價(jià)橋梁使用的實(shí)際情況。對(duì)技術(shù)狀況等級(jí)為四、五類橋梁或擬提高荷載等級(jí)橋梁還應(yīng)進(jìn)行承載能力檢測(cè)和荷載試驗(yàn)。同時(shí)，為更加全面、合理地了解橋梁安全承載能力和使用條件，荷載試驗(yàn)一般選擇能夠較全面地反映橋梁性能的試驗(yàn)，以了解橋梁的實(shí)際工作狀態(tài)，為橋梁加固和改造提供參考依據(jù)。

5 橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固方法

舊橋加固一方面要求盡可能地不破壞或少損害原結(jié)構(gòu)，另一方面要求加固補(bǔ)強(qiáng)的部分與原結(jié)構(gòu)成為整體。根據(jù)對(duì)本橋梁技術(shù)狀況檢測(cè)、承載能力檢測(cè)以及荷載試驗(yàn)檢測(cè)，分析病害成因、加固目標(biāo)、施工條件等，采用對(duì)當(dāng)?shù)亟煌?、環(huán)境影響小，經(jīng)過(guò)充分論證、工藝成熟、經(jīng)久耐用的加固措施對(duì)橋梁進(jìn)行綜合加固改造。

5.1 粘貼鋼板加固法

在混凝土構(gòu)件上粘貼錨固鋼板，使其與原構(gòu)件形成一個(gè)整體、共同受力，以提高橋梁承載能力。承載能力不足、縱向主筋出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕、梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴(yán)重橫向裂縫等混凝土結(jié)構(gòu)通常采用在受拉或薄弱部位粘貼鋼板的方法，提高橋梁承載能力。但是，由于處理結(jié)合面會(huì)損傷原構(gòu)件，無(wú)形之中增加了鋼板防腐養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

5.2 粘貼纖維復(fù)合材料加固法

將高強(qiáng)度纖維片材粘貼在鋼筋混凝土受彎、大偏向受壓、軸心受壓及受拉構(gòu)件表面，固化后的橋梁構(gòu)件便形成了具有纖維增強(qiáng)效應(yīng)的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，提高了構(gòu)件的抗拉能力或約束力，從而達(dá)到加固目的。由于纖維復(fù)合材料對(duì)原構(gòu)件的強(qiáng)度要求比較高，通常不建議采用配筋率小于0.2%的構(gòu)件加固。受材料特性的影響，纖維復(fù)合材料容易氧化，而且，加固后橋梁體表面被覆蓋，不利于結(jié)構(gòu)檢查。加之纖維復(fù)合材料主要依托膠粘劑與構(gòu)件形成整體，受膠粘劑氧化的影響，使用一段時(shí)間后其粘合力會(huì)大幅降低。

5.3 增大截面和配筋加固法

增大截面和配筋加固法是在構(gòu)件表面增加受力鋼筋并加大混凝土尺寸，使其與原結(jié)構(gòu)形成整體，從而增加構(gòu)件的剛度，提高橋梁整體承載能力[1]。常用于梁（板）橋和拱橋拱肋的鋼筋混凝土加固。加大構(gòu)件截面后會(huì)使橋梁恒載增加，對(duì)原結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)承載能力有一定影響，通常用于跨徑小且地質(zhì)條件比較好的橋梁，由于構(gòu)件尺寸的增大可能影響部分使用功能。

5.4 體外預(yù)應(yīng)力加固法

沿著構(gòu)件表面增設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋，并施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，改善原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形狀態(tài)，提高構(gòu)件的承載能力和結(jié)構(gòu)剛度，其能夠有效控制原結(jié)構(gòu)的裂縫和撓度。常用于提高正截面受彎承載能力、梁板剛度，控制受拉區(qū)產(chǎn)生的裂縫寬度、提高正截面受拉區(qū)鋼筋銹蝕或梁斜截面受剪承載能力。但由于該加固法改變了原有的受力體系，在荷載作用下的新體系力學(xué)行為與原結(jié)構(gòu)不同，會(huì)導(dǎo)致加固后舊橋出現(xiàn)復(fù)雜多變的病害；預(yù)應(yīng)力鋼筋轉(zhuǎn)向塊和錨固點(diǎn)的區(qū)域受力比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)裂縫和破損等病害。

5.5 改變結(jié)構(gòu)體系加固法

改變結(jié)構(gòu)體系加固法是通過(guò)增設(shè)附加受力構(gòu)件、連接構(gòu)造和改變邊界條件等方式進(jìn)行技術(shù)改造，使橋梁的受力體系和受力狀況發(fā)生改變，從而降低承重構(gòu)件的應(yīng)力，改善橋梁性能，提高橋梁承載能力[2]。在橋梁改造中，改變結(jié)構(gòu)體系主要有以下五種方法。一是將簡(jiǎn)支梁橋改造為連續(xù)梁橋；二是對(duì)多跨簡(jiǎn)支梁橋的鋪裝層進(jìn)行改造，變?yōu)闃蛎孢B續(xù)簡(jiǎn)支梁體系；三是采用增加輔助墩的方法縮短跨徑；四是增設(shè)吊桿拱的方式將梁式橋轉(zhuǎn)換為梁拱組合體系；五是將橋梁改為涵洞等。

簡(jiǎn)支梁改變?yōu)檫B續(xù)梁體系常見(jiàn)于原橋的地基條件較好，因多跨簡(jiǎn)支梁（板）配筋不足、截面尺寸偏小，導(dǎo)致橋梁跨中抗彎承載能力不足、出現(xiàn)下?lián)线^(guò)大現(xiàn)象。該方法基礎(chǔ)沉降對(duì)新形成的連續(xù)體系上部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不利影響，需對(duì)地基的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。改變體系后，橋梁伸縮量將發(fā)生變化，需重新計(jì)算伸縮縫的伸縮量。增加輔助墩法也見(jiàn)于梁（板）撓度過(guò)大、承載力不足的鋼筋混凝土橋梁，要求重載通行而且進(jìn)行臨時(shí)加固的橋梁通常也是采用增加輔助墩法。由于新橋墩占用了橋下凈空，影響了排洪或通航能力。改橋梁為涵洞用于跨徑較小且不影響通航和排洪能力的橋梁，因?yàn)樵摲椒黠@縮小了過(guò)水?dāng)嗝娼档驮信藕槟芰Α?/p>

5.6 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法

如果橋梁板的承載力和剛度不滿足要求，或?qū)Τ霈F(xiàn)單板受力的中小跨徑裝配式梁橋，可以在梁橋上加鋪一層鋼筋混凝土，使加鋪層與原有結(jié)構(gòu)形成整體，從而增大橋面板或主梁的有效高度和受壓截面，增強(qiáng)橋梁橫向聯(lián)系和橋面整體剛度，提高橋梁承載能力。但該加固方式會(huì)增加橋面板或主梁恒載；加鋪后橋面高程將有所增加，需對(duì)連接路面或橋面縱坡進(jìn)行調(diào)整；或鑿除原有的橋面鋪裝層，并對(duì)伸縮縫進(jìn)行改造。

5.7 增加構(gòu)件加固法

當(dāng)橋梁狀況較好時(shí)，舊橋上部結(jié)構(gòu)也基本完好，但其承載能力或通行能力不能滿足交通需求的橋梁需進(jìn)行改造拓寬，通過(guò)增設(shè)縱梁、拓寬改造、增加輔助橫梁等進(jìn)行加固。但每一種加固法都會(huì)對(duì)舊橋梁產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）增設(shè)縱梁加固法鑿除切割舊梁翼緣會(huì)對(duì)舊梁體帶來(lái)一定損傷，拓寬改造需對(duì)墩臺(tái)部分進(jìn)行拓寬，會(huì)擾動(dòng)原有地基影響舊橋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和對(duì)橋梁周邊的管線產(chǎn)生影響。增加輔助橫梁需對(duì)舊梁進(jìn)行開(kāi)鑿，在構(gòu)造上會(huì)對(duì)梁體產(chǎn)生損傷。

（2）在原有橋梁的基礎(chǔ)上對(duì)橋梁進(jìn)行拓寬改造，通過(guò)橫向拼接加寬的方式拓展橋梁寬度形成整體橋面。能夠最大限度地利用原有橋梁，減少構(gòu)建物拆除，簡(jiǎn)化施工工藝，降低改建費(fèi)用，提高橋梁通行能力。若采用新建結(jié)構(gòu)連接原有結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)原有橋梁荷載能力進(jìn)行驗(yàn)算，并建議采用相同的結(jié)構(gòu)形式和跨徑，以便最大限度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)抗力，加強(qiáng)橋梁橫向聯(lián)系。由于拓寬改造需要拓寬墩臺(tái)，影響舊橋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，因此，通常采用對(duì)原有橋梁基礎(chǔ)影響小的樁基或與原橋相同的基礎(chǔ)形式。

6 橋梁下部結(jié)構(gòu)加固

橋梁下部結(jié)構(gòu)關(guān)系橋梁的穩(wěn)定性，其加固涉及蓋梁、墩臺(tái)身和墩臺(tái)基礎(chǔ)三方面。

（1）蓋梁加固。當(dāng)蓋梁出現(xiàn)裂縫時(shí)，橋梁的承載力和穩(wěn)定性會(huì)大幅降低，通過(guò)對(duì)蓋梁進(jìn)行加固來(lái)提升橋梁的承載力。常見(jiàn)的蓋梁裂縫有：底面鋼筋配置不夠造成蓋梁抗彎能力不夠而產(chǎn)生豎向裂縫、基礎(chǔ)沉降不均勻使蓋梁受力不均勻而產(chǎn)生裂縫、配筋不足產(chǎn)生斜向裂縫、橋頭跳車導(dǎo)致汽車沖擊力過(guò)大使蓋梁形成豎向裂縫等。伸縮縫止水帶破損造導(dǎo)致水滲入蓋梁中，造成鋼筋銹蝕膨脹，影響橋梁耐久性，需對(duì)蓋梁進(jìn)行加固。消除伸縮縫破損主要是更換伸縮縫或止水帶，蓋梁的加固方法基本與上部結(jié)構(gòu)相同。

（2）墩臺(tái)身加固。常見(jiàn)包括結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫、墩臺(tái)水平位移和傾斜。非結(jié)構(gòu)性裂縫采用裂縫封閉方法進(jìn)行修復(fù)，結(jié)構(gòu)性裂縫、墩臺(tái)水平位移和傾斜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)。

（3）墩臺(tái)基礎(chǔ)加固主要是提高承載能力和穩(wěn)定性。具體加固方法包括：一是原擴(kuò)大基礎(chǔ)的墩臺(tái)，經(jīng)探測(cè)地基土質(zhì)比較堅(jiān)實(shí)的，可采用擴(kuò)大橋梁基礎(chǔ)底面積的方法進(jìn)行加固；二是原樁基或墩臺(tái)基礎(chǔ)埋置深度不足，由于河水沖刷或河沙開(kāi)采，造成河床下切嚴(yán)重，基礎(chǔ)外露。通過(guò)在原樁基的周圍補(bǔ)充增加鉆孔樁，或打入鋼筋混凝土預(yù)制樁，通過(guò)擴(kuò)大原承臺(tái)與樁頂連接，提高基礎(chǔ)承載力和增加墩臺(tái)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性；三是存在軟弱地基或摩擦樁墩臺(tái)加固，可以采用旋噴、注漿等方法提高基礎(chǔ)承載力。

7 舊橋病害維修

根據(jù)對(duì)橋梁的檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和損壞程度，對(duì)橋梁構(gòu)造物進(jìn)行功能性、結(jié)構(gòu)性修復(fù)，以延長(zhǎng)橋梁使用壽命。主要維修內(nèi)容有：

（1）為防止水、空氣、化學(xué)物質(zhì)侵入，對(duì)橋梁構(gòu)件的裂縫表面采取封閉處理。

（2）對(duì)比較寬的裂縫（寬度≥0.2mm）進(jìn)行打磨，清理，露出清潔、堅(jiān)實(shí)的混凝土表面，再沿裂縫鑿成V形槽或U形槽進(jìn)行壓力灌漿處理。

（3）鑿除露筋部位及周邊剝落、疏松、腐蝕的混凝土并清理干凈后[3]，對(duì)缺陷部位的外露鋼筋進(jìn)行除銹并采用環(huán)氧砂漿或高強(qiáng)度水泥砂漿抹平修復(fù)。

（4）對(duì)混凝土構(gòu)件表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。

加固完成后，常規(guī)實(shí)測(cè)項(xiàng)目參照《公路養(yǎng)護(hù)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5220—2020）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2017）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，評(píng)定加固質(zhì)量。

8 結(jié)語(yǔ)

隨著公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，對(duì)公路橋梁通行能力和承載能力的要求越來(lái)越高，但舊橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)低、老化、破損，無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的交通需要。同時(shí)，為節(jié)約投資，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢地區(qū)，橋梁加固改造利用成為主要方式，特別是不可替代道路、臨時(shí)便橋的建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用較高的路段，通常采用舊橋加固利用的建設(shè)方案。本文主要對(duì)橋梁上下部結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進(jìn)行探討，希望能為同類工程提供參考。